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                  怎么避免鑄件的晶粒粗大

                  來源: 時間:2021-01-19 09:20:10 瀏覽次數:

                  鑄件晶粒粗大是指經過機械工或進行斷口檢驗時,顯示出晶粒組織過分粗大而不適合應用的缺陷,這種晶粒粗大的組織,可能是遍布于鑄件整體,也可能發生于鑄件的局部。從本質上講,晶粒粗大缺陷是一種冶金缺陷。筆者根據多年的生產實踐并參閱有關資料,談談鑄件晶粒粗大缺陷產生的原因及防止措施。

                  鑄件晶粒粗大是指經過機械工或進行斷口檢驗時,顯示出晶粒組織過分粗大而不適合應用的缺陷,這種晶粒粗大的組織,可能是遍布于鑄件整體,也可能發生于鑄件的局部。從本質上講,晶粒粗大缺陷是一種冶金缺陷。筆者根據多年的生產實踐并參閱有關資料,談談鑄件晶粒粗大缺陷產生的原因及防止措施。

                  1鑄件結構和工藝設計

                  (1)鑄件截面差異過大,會因為較厚的截面冷卻緩慢而造成該處晶粒粗大?;诣T鐵等對截面變化十分敏感的金屬,更容易產生此類缺陷。防止產生這類缺陷的有效方法是避免鑄件截面尺寸過分懸殊,但這種途徑有時是鑄造工作者所無能為力的。因而就鑄造本身言,可通過采取設置冷鐵、控制澆注溫度或通過選擇合適的澆汁系統來減少這類問題的發生,降低這類缺陷的嚴重程度。采用冷鐵可加快鑄件較厚截面的冷卻速度;澆注溫度過高,會使這類問題更為嚴重,應予以避免;通過調節、修正澆注系統設計,使溫度低的金屬熔液位于鑄件截面較厚的部位,并在鑄件的厚截面處設計最有效的冒口,以盡可能減小冒口的尺寸。

                  (2)對于帶孔鑄件,工藝設計人員有時沒有采用有助于減小有效截面尺寸的型芯,使未設芯的截面過厚而產生此缺陷,因此在工藝設計時,應盡可能在較厚的截面中設置砂芯。

                  (3)在某些情況下,鑄件截面并不太厚,但因某一較窄的凹陷部位或型芯在鑄件中形成熱匯截面,其結果和厚大截面一樣。例如.在鑄件較深部位的一個柱狀臍子處,可能需要設置型芯,而這樣就會造成冷卻緩慢。在不能設計進行修改的情況下,除非可以降低金屬溫度,或重新沒置澆口,最好的解決辦法是在型芯或鑄型截面處設置冷鐵。

                  (4)工藝設計時加工余量留得過大,不僅增加了切削加工的費用,還會把較致密的鑄件表層切削掉,并暴露出中心冷卻較慢的疏松部分。這種設計毫無可取之處,因為無論從鑄造還是從機械加工的角度來看都是不合理的,解決辦法是改變鑄件的設計。如果不允許更改設計,那么正確的方法則是采用冷鐵、控制澆注溫度及調整澆注系統。

                  (5)在厚截面處型芯設計不合適,型芯支撐不正確,或采用其他引起偏芯的技術,會造成鑄件截面的變化,從而引起晶粒粗大。


                  2澆冒口系統

                  (1)未能實現順序凝固 澆注系統未能很好地實現順序凝固,通常是造成晶粒粗大的原因。對于截面變化急劇的鑄件,必須允分注意內澆口的數量和位置。為了進行補縮,在冒口的作用區保持灼熱的熔融金屬,會使厚截面的冷卻速度降低到產生粗大晶粒的程度。冒口設計不當,如冒口頸過長,冒口墊設計不當,或冒口尺寸太大,都會在較厚截面處造成過多熱量的匯集。

                  (2)易于造成熱匯的澆冒口分布 同樣,為了對厚截面進行補縮,常會在局部區域造成過分的熱量匯集。例如,因為側冒口會造成厚截面的過熱并減緩冷卻速度,所以有時不便于在實際操作中使用。實際生產中需通過合理的冒口設計,盡可能減小冒口的尺寸。

                  (3)在內澆口或冒口與鑄件連接處造成局部熱節 內澆口或冒口頸部較短,對于補縮是有利的,但卻會使橫澆道或冒口太靠近鑄件,減緩了該部位的冷卻速度。而增大冒口頸部,又會給補縮帶來問題。因此最好的措施是采取有效的冒口設計,盡可能減少冒口的尺寸,不使橫澆道和冒口過于接近易于形成粗大品粒的關鍵截面,恰當地設置橫澆道和冒口,以實現補縮。

                  (4)內澆口數量不足 內澆口數量太少,不僅易于造成沖砂,同時還會造成局部熱節和粗大晶粒組織。這種現象普遍存在于所有的鑄造金屬中,即使是澆注溫度較低的鋁合金也會出現這種情況。在某些情況下,因為澆口數量太少,會導致產生縮松缺陷。這種縮松缺陷可能會掩蓋由于同樣原因造成的晶粒粗大的缺陷。實際上,當晶粒粗大缺陷嚴重惡化時,就變成了一種縮松缺陷,因而對這兩種缺陷的防治措施,常常是相同的。


                  3型砂

                  只有當型砂使型壁產生的位移足以導致增加臨界截面(易于形成粗大晶粒的截面)的截面尺寸時,型眇才是造成晶粒粗大缺陷的一個因素。由于在厚截面處的型壁移動可能最大,所以這種缺陷還是有可能產生的,此時所產生的品粒粗大缺陷和脹砂有關。


                  4制芯

                  生產中應避免采用未烘透或空氣硬化的油砂芯,因為這種型芯可能會產生放熱反應,從而造成熱量過分匯集。這種情況或出現于大型鑄件,或出現于采用具有放熱性能粘接劑的厚大型芯。從某種意義來說,這種型芯起著一種高效率的絕熱體的作用,并把金屬熔液的冷卻速度減緩到了危險的程度。


                  5造型

                  (1)缺少能促使加快冷卻速度的通氣孔就較厚的鑄件截面來說,鑄件的冷卻速度與通過型砂散出熱量的速度有關。排氣充分會有助于水氣迅速排出,從而產生一種致冷的效應。

                  (2)未設置激冷釘或冷鐵這種情況通常是因為粗心疏忽所致。


                  6化學成分

                  從本質上來說,晶粒粗大和金屬的化學成分與冷卻速度的配合有關,因此選擇這種配合是非常重要的。如果冷卻速度難以調節,那么粗晶組織必定是起因于金屬的化學成分不當。由于金屬成分的重要性,現將每一種金屬簡述如下。

                  (1)灰鑄鐵和可鍛鑄鐵

                  碳當量過高,碳和硅效應的數學計算,通??梢愿爬椋篊E=C+1/3Si,晶粒粗大可能是因為碳過量或硅過量,或者碳硅過量所致。與硅相比,碳的效應相當其3倍,所以碳的做量變化,要比硅的同量變化危險得多。碳、硅的這種作用,既影響到可鍛鑄鐵,也影響到灰鑄鐵。對可鍛鑄鐵而言,晶粒粗大既不呈現為黑色,也不呈現出表示初生石墨的麻口,而是以一般的晶粒粗大的形式呈現,這是由于含碳或含硅量過高,或者二者均過高。磷也會對晶粒粗大產生影響。當wp=0.1%時,會加重縮孔缺陷,特別是在冷卻較緩慢的截面部位加重晶粒粗大缺陷的程度。

                  (2)鑄鋼

                  在鑄鋼的熔化和脫氧操作中,加入了一些會延緩晶粒長大的元素,因此和鍛鋼相比,鑄鋼不太容易形成品粒粗大。因成分而引起品粒粗大的鑄鋼件,可通過退火或正火處理得到細化。

                  (3)鋁合金

                  鐵雜質會使鑄鋁件品粒粗大,脆性增加,這類缺陷多數是由于熔化操作不當所致。在鋁合金中,特別是那些要求過熱的鋁合金,加入適量的細化品粒合金元素是必要的。

                  (4)銅合金

                  銅合金中晶粒粗大的缺陷常被針孔、氣孔或縮松所掩蓋。銅合金因成分變化會造成品粒粗大,但通??偸窍瘸霈F針孔、氣孔或縮松。

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